한국과학기술연구원(KIST) 전북분원 손동익 박사팀은 박종혁 연세대 교수팀과 공동 연구를 통해 차세대 탄소나노소재 재료인 그래핀 양자점과 풀러렌(C60)을 이용해 전하 운반 효율을 증대시키면서 소자 안정성을 강화한 광전기화학소자를 개발했다고 6일 밝혔다.
태양광을 이용해 수소를 생산하는 광전기화학소재 연구는 세계적으로 진행되고 있다. 현재 광전기화학소자는 매우 낮은 광-수소 에너지 전환 효율로 인해 경제성 확보가 어렵고 광촉매 소자에 쓰이는 금속 산화물 표면에서 부식이 일어나거나 다른 부가적 화학반응이 일어나 장기적으로 안정성이 좋지 않다.
연구팀은 광전기화학소자에 쓰이는 산화아연 양자점을 탄소나노소재인 그래핀 양자점이나 풀러렌으로 코팅해 효율과 안정성을 획기적으로 높였다. 산화아연 양자점이 전해질과 접촉할 때 빛에 의한 부식이 일어나 전하 전달 효율이 떨어지는 문제를 그래핀 양자점 또는 풀러렌 코팅으로 방지한 것이다.
연구팀은 그래핀 양자점이나 풀러렌 껍질이 전하들의 이동 통로 역할을 해 전하 이동효율을 대폭 향상, 같은 면적과 두께의 순수 산화아연 양자점 소자보다 효율이 7배 이상 개선되고 안정성도 크게 향상됐다고 설명했다.
손동익 박사는 “핵-껍질 구조의 양자점을 나노에서 마이크로 사이즈로 크게 합성해 빛을 흡수하는 시간을 증가시키고 수소 전환효율을 높인다면 광전기화학소자를 통한 수소에너지 생산 산업에 크게 기여할 것”이라고 말했다.
연구결과는 국제학술지 ‘나노 에너지(Nano Energy)’ 2월 14일자에 게재됐다.
권건호기자 wingh1@etnews.com
